计算机组成与结构概念整理

第一章

A计算机的结构和功能

a.冯·诺依曼机器结构:

1.计算机应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备

五个基本部件组成。

2.各基本部件的功能是：

存储器--不仅能存放数据，而且也能存放指令，形式上两者

没有区别，但计算机应能区分数据还是指令；在执行程序时，

在取指令阶段，从存储器取出的是指令存放在CPU的指令

寄存器IR中，在执行指令阶段，从存储器取出的是数据。

运算器--能进行加/减/乘/除四种基本算术运算，并且也能进

行一些逻辑运算和附加运算；

操作人员--可以通过输入设备、输出设备和主机进行通信。

3.内部以二进制表示指令和数据。每条指令由操作码和地址码

两部分组成。操作码指出操作类型，地址码指出操作数的地址。

由一串指令组成程序。

4.采用“存储程序”工作方式。

b.“存储程序”概念:

存储程序是指在用计算机解题之前事先编制好程序，并连同所需的数据预先存入主存储器中。在解题（运行程序）过程中，有控制器按照事先编好并存入主存储器中的程序自动地、连续地从存储器中依次取出指令执行，直到获得所要求的结果为止。

B计算机系统层次结构的概念

a.硬件：cpu、主机、外设

硬件：就是组成计算机的元器件、各类部件、设备以及设计与实现技术。也即计算机的组成结构，五大组成部件的设计

与实现。

cpu：计算机中，运算器、控制器和高速缓冲存储器合称为中央处理器（CPU）。

主机：CPU、存储器、输入输出接口和系统总线组装在一起称为主机。

外设：输入设备和输出设备统称为输入输出设备，也称为外部设备，及外设。

b.软件：系统软件、应用软件

软件：是计算机系统中各种程序及其文档的总称。

应用软件：为各类用户使用计算机而开发的各种应用程序。如：办公自动化软件，计算机辅助设计和辅助制造

（CAD/CAM），各种计算机图形、图像应用软件，计算

机实时控制软件，事务处理、信息处理软件，科学计算

程序，多媒体软件等

系统软件（含各种支撑软件）：操作系统、高级语言的编译解释程序、各种实用程序等

第二章

A数值数据的表示：进位制→定浮点→编码表示(原、反、补、移码)

已知一数的真值，求该数的原、反、补码表示

1．原码表示法

规则：符号位后跟真值的绝对值。故也称“符号-绝对值”表示法。

①定点负整数：[X T]原= 1x2 n + |XT| （-2 n < XT≤0，n为原码数值部分的位数）

②定点负小数：[XT]原=1+|XT| （-1

③原码0有两种表示形式：[+0]原=0 00...0 [-0]原

=1 00 0

2．补码表示法

规则：符号位后跟真值的模2补码。故也称符号-2补码表示法。（1）模运算的概念

机器数的位数有限，n位二进制数只能表示2n个不同的数。

计算机一般保留低n位，舍弃高位。这样，会产生两种结果：

①剩下的低n位数不能正确表示运算结果。这种情况下，

意味着运算的结果已超出了计算机能表达的范围，我

们称此时发生了“溢出”现象。

②剩下的低n位数能正确表达计算结果，也即高位的舍

去并不影响其运算结果。

（2）补码的定义

根据同余概念和数的互补关系，可引出补码的表示法：

一个负数的补码应等于模与该数绝对值之差，或模加上该数。

即:

某负数XT的补码为：[XT]补= M - |XT| (mod M) = M+ XT (mod M)

对于任意一数XT （正或负数），补码的一般定义为：

[XT]补= M+ XT (mod M)

假定补码的位数为n（其中符号占1位，数值部分占n-1位）

则补码表示的定义如下：

①定点负整数：[XT]补=2n-|XT| （-2n-1 ≤XT≤0，mod 2n）

②定点负小数：[XT]补=2- |XT| （-1≤XT≤0，mod 2）

③补码0的表示是唯一的：[+0]补=0 0 0

[-0]补= 2n -0=1 00...0=0 0...0 (mod 2n)

3．反码表示法

负数的反码表示：符号为1，数值部分各位求反。

也即：在相应的补码表示基础上末尾减1。

定义：

假定反码的位数为n（其中符号占1位，数值部分占n-1位），则反码表示的定义如下：

①定点负整数：[XT]反=(2n –1)-|XT|

=(2n –1)+ XT (-2n-1

②定点负小数：[XT]反=(2-2 – (n-1) )-|XT|

=(2-2 –(n-1))+ XT (-1

mod 2-2 – (n-1))

反码表示的零有两种：[+0]反=0 0...0 [- 0]反= 1

1 (1)

③对于任意一数XT （正或负数），反码的一般定义为：

[XT]反=(2n –1)+ XT (mod 2n-1)

B不同进位制间的转换，机器数与真值间的转换

已知某种进位制的一数，将该数转换成另一种进位制的表示

二进制R=2, 基本符号为0和1

八进制R=8, 基本符号为0,1,2,3,4,5,6,7

十六进制R=16, 基本符号为0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

十进制R=10, 基本符号为0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

(1) R进制数=>十进制数按权展开

例1: (10101.01)2=1x24+1x 22+1x20+1x2-2=(21.25)10

例2: (307.6)8=3x82+7x80+6x8-1=(199.75)10

例1: (3A. 1)16=3x161+10x160+1x16-1=(58.0625)10

(2)十进制数=>R进制数整数部分和小数部分分别转换

①整数----“除R取余”

②小数----“乘R取整”

(3) 二/八/十六进制数的相互转换

①八进制数转换成二进制数

(13.724) 8=( 001 011 . 111 010 100 ) 2=(1011.1110101) 2

②十六进制数转换成二进制数